碗米坡水电站大坝碾压混凝土设计与施工

1、碗米坡水电站大坝碾压混凝土设计与施工摘要本文通过叙述碗米坡水电站碾压混凝土大坝的设计要求、简要施工过程、碾压混凝土施工过程中遇到的一些问题及处理方法，提出了今后碾压混凝土坝施工中应注意的问题。关键词碾压混凝土斜层碾压极限拉伸值养护1工程简介碗米坡水电站位于湖南省酉水中游的保靖县内，电站水库正常蓄水位248.00m,装机容量240MW、装机3台，总库容3.78亿m3,电站属H H等大（2）型工程，最大坝高66.5m。坝址控制流域面积10415km2,多年平均流量为299m3 3/s,多年平均年径流量为94.3亿m3 3。坝址以上流域多年平均降雨量为1485mm,雨量集中在汛期49月份。坝址多年平

2、均气温16.1C,69月份各月的平均气温为22.4C27.0C、各月的极端最高温度为37.2C39.3C;最低月平均温度的1月份月平均气温4.7C、极端最低温度-12.1C。多年平均风速为1m/s,最大风速17.7m/s,风向WNW。坝区内山势陡峻雄伟、岸坡陡峻，左岸坡角350 0800,右岸坡角500 0以上。除第四系外，地层岩性由志留系中统纱帽组上部的一套浅海相一滨海相泥质粉砂岩、细砂岩、砂岩、石英砂岩等碎屑岩组成，岩层走向与河流方向近于垂直，倾向上游，倾角3035。饱和抗压强度粉砂岩仅14.6-33.6MPa,细砂岩为81.8MPa,石英砂岩则为267MPa。岩体的纵波速度强风化1700

3、3000m/s,弱风化30004900m/s,微风化新鲜40005000m/s。斜穿坝基有F佟1、F12-2断层，破碎带宽15cm左右。节理主要为NWWNW组，产状一般为N6078W,SW/6590;层面节理，产状一般为N30E,NWZ30。电站于2001年3月开工，同年11月16日截流成功。2002年1月18日开始浇大坝混凝土，2003年11月中旬开始水轮发电机组的安装，11月30日下导流洞封堵闸门蓄水，2004年2月18日第一台机组发电，同年8月底，工程全部建成投产。2枢纽布置及主要建筑物枢纽布置见图1。挡水建筑物从右岸至左岸依次为右岸非溢流坝段、发电引水坝段、河床溢流坝段、左岸非溢流坝段

4、，共分为10个坝段，坝段从右岸至左岸分别编号。右岸混凝土重力坝段编号坝段，与右岸岸坡相接，与对外交通公路相通。坝顶高程254.500m,最大坝高40.50m,坝顶宽16m。坝段长34m,在距坝右端13m处设了一条横缝。左岸混凝土重力坝段编号、坝段，与左岸岸坡相接。坝顶高程254.500m,最大坝高39.50m,坝顶宽16m。坝段长24.50m,坝段与坝段分的横缝没有通到基岩，只终止到高程229.000m的廊道底板顶面。泄水建筑物为5孔宽16m的开敞式溢洪道，布置在坝段，最大坝高66.50m。典型的溢流坝段宽20m,4m厚的闸墩布置在坝段的中央。因此，半个溢流坝段分别布置在进水口坝段和过渡坝段。

5、溢流前缘总宽96m,堰顶高程229.000m,采用宽尾墩+底流消能的方式。3个发电引水进水口坝段编号坝段，进口底板高程222.000m,顶高程231.273m。工作闸门孔口尺寸为宽5.80m高7.80m,10m长的渐变段后接直径7m的钢管一背管。1.60m宽人行道布置在坝顶的下游侧，人行道下布置电缆沟。引张线沟布置在坝的上游侧。永久挡水、泄水建筑物正常运用洪水标准为洪水重现期100年，非常运用洪水标准为洪水重现期1000年；泄洪消能防冲的设计洪水标准为重现期50年，校核洪水为重现期200年。232-aCl4B匚UTWKi,TT: :_ _:-:-.一CQHFC地DKTWtS000110-30T

6、3faL隹田田MHMM11MM-MMRu-Junnz-DunJnonjnuu田田市田田田田图，1/1/.-.-二三.：各频率洪水洪峰流量见表1。表1各频率洪水洪峰流量表洪水重现期（年）501002001000洪峰流量（m3/s）141001580017400213003坝剖面设计3.1混凝土重力坝设计（图2）左、右岸重力坝段体型基本断面采用三角形剖面， 三角形的顶点在坝顶高程254.500m。右岸坝段重力2.50m4.50m的RCC变态.图2、 配鬻士雪期好幽凰出位:/窟及桩号工口十1；尺寸mm.混凝土至高程224m（进水口坝段至H31119m）%恭翩H购以4牌第m牌feU瞧而凝dm司5寸mm

7、）C7.5的RCC,下游坡面为C15常态混凝土。RCC的下游面做成宽675mm、高900mm的台阶型，每个台阶的垂直面上布置2根420的插筋；RCC的上部为C15常态混凝土。右岸重力坝段坝右端与岸坡的接触面坡比为1：0.5。左岸重力坝段坝左端与岸坡的接触面坡比为1：0.4、1：0.5。3.2溢流坝（图3）溢流坝段长96m,设5孔溢洪道，闸墩顶高程254.500m,最大坝高66.50m。孔口由宽16m、高20.743m的弧形钢闸门控制。中墩和边墩宽4m。溢流堰采用WES型实用堰。堰顶高程229.000m,其上游头部为椭圆曲线方程，长半轴为5.04m,短半轴为2.835m,其下游为哥曲线Y=0.0

8、3759X1.85。哥曲线下接1：0.75的直线段，再下接半径为20m的反弧段与消力池护坦底板相接。闸墩尾部桩号坝0+23.00m和坝0+36.00m之间设宽尾墩，墩顶高程232.50m,将溢洪道宽度由16m缩窄为8m。溢流坝段的底部为厚1.10m的C15基础常态混凝土，堰上游垂直面为厚4.50m2.50m的RCC变态混凝土至高程224m,堰体内部从高程224m到基础常态混凝土之间为C7.5RCC,RCC的下游做成宽675mm、高900mm的台阶型，每个台阶的垂直面上布置2根 e20的插筋；RCC的上部为C25常态混凝土，形成堰面曲线。坝段长34m；、和坝段的一部分为进水口坝段，分别长23m、

9、23m、24m；左岸重力坝段长38m,坝段长21.50m， 坝段长16.50m。体坝上游悬出3.50m牛腿后的坝顶宽度为16m,以满足坝顶门机的运行要求。坝基本剖面的上游面为铅直面，下游坡坡比1:0.75,起坡点高程237.333m。由于右岸重力坝段开的廊道和电梯井的孔洞较多，因此全部为C15常态混凝土。其它重力坝段的底部为厚1.10m的C15基础常态混凝土，上游垂直面为厚灌浆排水廊道E-1i-p添加f隹:山引张线沟:-:.:二(责L-(坝一坝=JII:JI=JII:JIllllrlrl-二坝6二戊C2瑜态混凝土，（IVIV）tW50TT7宿JXM贝坝身排水孔67“； &: 温寸口黑：

10、工RCC-r”二坝图3.1.2溢流坝剖面图(单位：高程和桩号m;尺寸mm图3溢流坝剖面图(单位：高程、桩号m;尺寸mm)4碾压混凝土施工4.1碾压混凝土各项技术指标碾压混凝土各项技术指标见表2。表2碾压混凝土各项技术指标表部位强度等级抗渗指标抗冻指标极限拉伸gg轴心抗压fc(MPa)轴心抗拉ft(MPa)弹性模量104(MPa)坝体内部RCCC7.5W4F50701.16上游坝面RCC防渗体C15W8F50707.50.902.2大坝混凝土总方量为24.38万m3 3, ,碾压混凝土方量为11.94万m3 3; ;坝上游面RCC防渗体实际设计为变态混凝土，计1.44万m3 3。4.2坝体内部C

11、7.5碾压混凝土施工大坝混凝土由水电七局施工。该局对C7.5碾压混凝土施工采用的是斜层铺料工艺，铺层厚度35cm左右进行碾压，一次沿坝轴线方向推进层高1m左右。采用8吨自卸汽车送料，汽车倒退送料入仓，平仓机将料摊铺到要求的厚度。15吨振动碾先无振碾压2遍，然后顺坝轴线和垂直坝轴线各有振碾压4遍，最后理即I二级配RCC西5mQJi-l:Ji-l:物67S1C2琳态混凝土三rrj-r坝身排水孔国门口.一一冷口瓯2150021500。FEB1区0坝坝|-言|.-+期1W530RCC灌浆排水廊道滔3工爵1-3承+|_坝,laor-1?.-二.工坝)吕08甫:-=学一.坝PFLKfli基础常态混凝土19

12、4,04194,04再无振碾压2遍。经以上碾压次数以后，经核子密度仪的检验，碾压混凝土的容重一般可达24kN/m3以上。碾压混凝土用小型切缝机进行切横缝，缝内塞入10mm厚泡沫塑料板。碾压的混凝土的工作度VC值一般控制在68s。已碾压的混凝土初凝以后，仓面上用水管放水进行养护。大坝常态垫层混凝土从2002年1月18日开始浇筑，计1.33万m3,到2002年9月8日碾压混凝土全部浇筑完毕，历时7个多月。中间因洪水过坝停顿约64天，碾压混凝土实际施工时间约5个月。4.3变态混凝土施工坝上游面变态混凝土的厚度分为4.50m、3.00m、2.50m三种等级。水电7局在施工过程中，先采用碾压混凝土料入仓

13、、平仓、人工用瓢将桶内的水泥浆浇到已入仓料的表面上，再用振捣棒振捣，使水泥浆液渗到料中。经几天的实践后，发现水泥用量过多，且渗透不均匀，费工时，实际造价比同强度的常态混凝士还要高，随后将变态混凝土改成了常态混凝土。5碾压混凝土施工质量5.1碾压混凝土施工质量5.1.1坝体裂缝大坝碾压混凝土浇筑过程中，2002年4月26日大坝第1次过水，此时大坝高程为209m,坝高19m。5月26日洪水过后继续浇筑，天气已进入夏季，随后又出现四次洪水过坝。坝从高程209m浇到224m是在高气温情况下施工的，白天入仓温度大多高于32Co由于碾压混凝土在高温期施工、多次过水，加上养护不当，坝上游面、仓面、闸墩表面出

14、现二十几条裂缝，都与碾压混凝土的施工过程和碾压混凝土本身的质量有关。坝上游面有9条横裂缝，其中7条在闸墩附近，缝深大于5m,缝长10m15m,缝宽0.4mm0.6mm。裂缝的原因有以下几个方面：(1)坝上下游面养护不够，增加了裂缝产生的可能性：施工过程中，混凝土养护采用的是浇筑层顶面小流量自流水降温，造成坝上下游面不能充分得到养护。当气温骤降时，坝上游面、层面未按规范要求采取保温保湿养护。(2)大坝多次过水，强制降温快，层间间隔时间长，增加了层间约束。(3)碾压混凝土的极限拉伸值较低，其抗裂能力相应较低。碾压混凝土试验表明，28天的极限拉伸值为0.370.47X10-4p,远小于设af规定的0

15、.7X10叁p,表明坝体的抗裂性能较低，混凝土容易开裂。5.1.2坝体密实性洪水期，发现廊道内顶拱和侧壁渗漏严重，明显反映出坝体不密实。经钻孔取芯样，做压水试验，试验成果表明了碾压混凝土不密实。碾压混凝土总共10段压水试验，有5段的透水率大于3Lu,且超过3Lu的1.5倍，因此碾压混凝土整体的透水率没有达到设计要求。120天以上的极限拉伸值为0.55X10-4p,仍然低于设计值。芯样长度一般为30cm50cm,长度大于2m的极少。分析其原因如下：(1)石灰岩料场受多个溶洞和裂隙充泥的影响，用于加工砂石料的石料含泥量超标；(2)石料的洗泥设备效率不高；(3)加工的砂石料石粉含量较高；(4)碾压混

16、凝土施工过程中有大体积的初凝、停振现象，雨季施工中仓面集水没有有效地排走；(5)高、低温季节养护不当或少有养护；(6)碾压混凝土的极限拉伸值较低。5.2碾压混凝土缺陷处理5.2.1上游坝面裂缝处理沿裂缝凿梯形槽，沿裂缝长度钻骑缝孔，在钻孔内插入与钻孔直径相配合的软胶管，然后用环氧胶泥封闭表面裂缝和预埋管与钻孔间的缝隙；用CW系列或其他经试验(工程运用)证明可用于本工程的其他化学灌浆材料，包括可用于湿缝和干缝2种情况。固化后30d抗压强度大于33MPa,劈裂试验抗拉强度大于1.5MPa；灌浆压力0.40.6MPa,并控制裂缝张开度不大于0.1mm或原缝宽的20%;以缝内不再进浆并持续10分钟作为

17、结束标准；化灌后，沿缝嵌填SR-2柔性止水材料，最后用改性环氧砂浆回填裂缝的凿槽。5.2.2坝体不密实的处理采用水泥灌浆的方法对坝段进行密实性灌浆，坝段是常态混凝土，设计不要求对坝体灌浆。先在坝0+007.000m处钻孔，然后在该孔上下游及左右钻孔。如果该桩号排孔和下游排孔的透水率满足分段透水率qW0.5Lu、压水总进水量Q2.0L和浇筑层面抗剪断强度要求，则不继续往下游排钻孔。桩号坝0+007.000m上游坝体部分必须钻孔。孔排距3m,按孔排距的整数倍逐渐加密，灌前要做简易压水试验。灌浆压力采用0.30.6MPa,分序进行。灌浆质量检查要求混凝土的透水率.常态混凝土、防渗层小于0.3Lu,其

18、他0.5Lu;碾压混凝土，防渗层0.5Lu,其他1.5Luo在灌浆的过程中，开始一段时间坝体的吸浆率不高，与碾压混凝土的密实情况不相符合，分析其原因，采用普通水泥灌注，颗粒直径较大，因此改用磨细水泥灌浆，结果进浆量显著增大。坝体经灌浆后，廊道内的渗漏明显减小。6小结从碗米坡水电站大坝碾压混凝土施工的过程中，有如下情况需引起注意：(1)碾压混凝土的极限拉伸值是控制坝体开裂的重要指标，应尽可能使该值达到设计要求。实现的途径不外乎控制骨料的含泥量和石粉含量，同时对砂的细度模数应进行控制；(2)在高气温情况下进行碾压混凝土施工，要采取必要的降温措施、养护措施。尽量减少高气温条件下的施工。(3)斜层摊铺碾压推进厚度为1m时，实际是分3层同时推进，在V值不变的情况下，对碾压混凝土的运输、摊铺、平仓、碾压的及时性要求更高，容易造成碾压混凝土初凝，可能增加结合不好的层面和不密实性，影响混凝土质量。10朱岳明，肖志乔，林志祥，等.浙江华光谭水电站拱坝混凝土温控防裂研究R.河海大学水工结构工程学部,2003